PBL教学法联合三维重建技术在神经外科教学中的应用

冒平 王拓

以问题为导向的教学法（problem-based learning，PBL）是一种以“问题为导向，学生为主体”的新型教学方法。相比于传统讲授式的教学模式，PBL 突出在带教老师的引导下，锻炼学生自主分析、讨论并解决学科实际问题的能力，充分调动了学生的学习热情[1-2]。然而，神经外科教学过程中常常涉及较为复杂的颅脑解剖，而传统教学多采用局部解剖学教材及解剖图谱进行讲解，需要住培学员在脑中进行二次加工，将平面图像转变为三维立体图像，难度较大，学习周期长，可导致住培学员在学习过程中产生畏难情绪，影响学习的积极性。由此，如何利用现有教学技术将复杂的颅脑解剖进行三维立体展示，最大程度地调动住培学员的学习兴趣及积极性，是当前神经外科教学中亟待解决的问题。近年来，随着影像后处理技术的不断发展，可将电子计算机断层扫描（computed tomography，CT）、CT 血管造影（CT angiography，CTA）及核磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）等不同序列的图像进行融合，清晰地构建能够显示颅脑、病变及血管等结构的三维模型，有助于住培学员对颅脑解剖的理解，提升学习的积极性及教学满意度[3-4]。研究将三维重建技术应用于神经外科住院医师规范化培训住培学员的PBL 教学，教学效果良好，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2020 年6 月—2021 年6 月西安交通大学第一附属医院神经外科住院医师规范化培训学员64 名为研究对象，采用随机数字表法分为观察组32 名和对照组32 名。纳入标准：（1）住培学员提前获知本教学研究内容，并自愿参加者；（2）全日制研究生。排除标准：因各种原因不能全程配合教学研究，中途退出者。观察组住培学员在多媒体PBL 教学的基础上，通过三维重建技术融合颅脑MRI 及CT 数据，形成可视化的多模态颅脑三维解剖模型进行教学。对照组住培学员采用传统的多媒体教学方法。其中，观察组中男19 名，女13 名，年龄23～25 岁，平均（24.03±0.78）岁；对照组中男17 名，女15 名，年龄23～25 岁，平均（23.87±0.82）岁。2 组住培学员在性别、年龄等方面的差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 三维重建方法

利用院内PACS 软件系统获取术前颅脑影像数据（DICOM 格式）。其中，CT 和MRI 数据为连续薄层1 mm，CTA 层厚为0.625 mm。3D-Slicer 软件导入DICOM多模态数据，进行数据融合配准，运行Segment Editor模块进行颅脑、病变、血管及颅骨等的三维重建，通过调节可视按钮及透明度，明确颅脑、病变、血管及颅骨之间的解剖关系[5]；通过剪切、旋转等方式，在颅脑三维解剖模型中进行手术入路设计和演示。

1.2.2 对照组教学方法

对照组住培学员采用传统的多媒体教学方法，按照《住院规范化培训内容与标准》安排教学任务。具体如下：对全体住培学员进行入科宣教，介绍科室的各项规章制度，并将住培学员分配至科室各专业组进行学习。同时，定期对住培学员安排各种教学培训，包括小讲课（每周1 次）、教学查房（每周2 次）、疑难病例讨论（每周2 次）和操作技能培训（每周2 次）等。每次教学时长为1 小时。在教学过程中，以带教老师为主体，小讲课和疑难病例讨论通过PPT 形式讲解神经外科的理论知识及相关颅脑解剖知识，从而锻炼住培学员的临床诊疗思维；教学查房和操作技能培训采取住培学员操作，带教老师床旁讲解及点评的方式进行。

1.2.3 观察组教学方法

观察组住培学员采用PBL 联合三维重建技术进行教学，且与对照组采用同样的教学大纲、临床病例及操作技能培训，具体如下：（1）课前引导，自主学习：带教老师通过建立微信群，在课前发布入科须知、教学大纲、神经外科常见疾病的诊疗知识、拟讨论病例的临床资料及影像学资料，促使住培学员在课前尽快熟悉教学内容、培训要求和病例资料。同时，带教老师根据拟讨论病例的特点，从疾病的发生、发展、诊断、病理、手术入路、治疗及展望等方面提出个体化问题，例如颅脑肿瘤发生的潜在病因、脑胶质瘤放化疗后的复发及假性进展、胶质母细胞瘤及恶性脑膜瘤的分子病理诊断、岛叶胶质瘤及岩斜区脑膜瘤的个体化手术入路选择、侵袭性垂体瘤术后放化疗方案、胶质母细胞的同步放化疗及电场治疗介入时机等问题。以问题促进住培学员的知识输出，充分调动住培学员学习的主观能动性，锻炼其自主查阅临床资料、检索疾病诊疗指南及最新研究进展的能力。（2）住培学员为主体的“翻转课堂”：住培学员结合课前专业知识的学习，和带教老师共同探讨病例相关的个体化问题，例如疾病的临床表现、神经系统查体要点、影像学特征及诊疗方案等等，在互动和交流过程中加强住培学员对神经外科要点知识的理解和内化。同时，对于复杂抽象的颅脑解剖，由带教老师将课前准备好的颅脑解剖三维重建模型进行现场演示，通过三维旋转、骨性解剖结构裁剪及不同解剖层次的透明度变化等方式清晰地展示颅脑、病变及血管的三维空间关系，并与住培学员共同模拟各种颅脑肿瘤的神经外科手术入路，分析各种手术入路的利弊，最终制定最佳的颅脑手术入路和治疗方案，以不断提高住培学员对复杂颅脑解剖的理解能力和应用水平。（3）课后归纳总结：住培学员针对实践的临床病例进行归纳、总结，在微信学习群内展开讨论和心得分享，并由带教老师进行点评，进一步调动住培学员的学习积极性，加深其对神经外科专业知识及三维颅脑解剖的理解和掌握。

1.3 观察指标

通过对比两组理论考试、操作技能考核成绩及教学问卷满意度情况，评价两组的教学效果。其中，理论考试主要通过试卷的形式考察住培学员临床基础知识及诊疗思维，满分100 分；操作技能考核内容主要包括头部伤口换药、腰椎穿刺术和神经外科常见的手术入路，满分100 分；教学问卷满意度调查包括教学总体满意度、学习兴趣提高程度和颅脑解剖的理解度，每项满分10 分。

1.4 统计学处理

采用SPSS 22.0 统计学软件进行数据分析。计数资料用n（%）表示，采用χ2检验；计量资料用（±s）表示，采用两独立样本均数t检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

观察组理论考试及操作考核成绩均优于对照组，差异有统计学意义（P＜0.001），见表1，并且观察组的教学总体满意度、学习兴趣提高程度、颅脑解剖理解度均高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.001），见表2。

表1 观察组与对照组理论考试和操作考核成绩对比（分，±s）

表1 观察组与对照组理论考试和操作考核成绩对比（分，±s）

表2 观察组与对照组教学满意度及学习效果对比（分，±s）

表2 观察组与对照组教学满意度及学习效果对比（分，±s）

3 讨论

传统的神经外科教学模式以带教老师为主体，利用多媒体软件讲授理论知识，分析临床典型病案，并开展临床操作技能培训。然而，在教学过程中常常涉及复杂的颅脑解剖，需要住培学员在脑中将平面解剖图谱知识转变为三维立体图像，难度较大，严重影响住培学员的学习热情。近年来，不断发展的三维重建技术可将患者的颅脑CT、MRI 等多模态数据进行配准融合，构建成可自由旋转、剪切，并清晰显示颅脑、病变及血管等空间结构关系的三维立体模型[6]，有助于住培学员对复杂颅脑解剖的理解和应用。在传统授课模式中，由于住培学员本身水平参差不齐，使得带教老师同质性的授课内容难以充分调动住培学员总体学习的积极性，影响了教学效果的提升[7-8]。PBL 是一种以“问题为导向，住培学员为主体”的新型教学法，着重锻炼住培学员自主分析、讨论并解决学科实际问题的能力，可明显提升住培学员的主观能动性[9-10]。由此，本研究采用PBL 联合三维重建技术对住院医师规范化培训住培学员进行神经外科教学，以期提高教学效果。

在PBL 教学中，住培学员课前通过主动查阅学习资料掌握疾病理论知识，对带教老师设计的个体化问题形成独自的见解；课堂中，住培学员针对疾病知识点展开讨论、分析，主动分享个人见解，并通过疾病认识方面的横向思想碰撞，激发学习热情，提升临床诊疗思辨能力[11-12]。同时，带教老师在课堂上不同讨论环节抛出个体化的专业问题，从疾病的发生、临床特点、影像学鉴别要点、手术入路选择、诊疗方案、分子病理、预后及随访等方面逐步引导住培学员深入讨论，并加以点评，强化住培学员对课堂理论知识的内化和掌握。课后，带教老师督促住培学员对所学理论知识进行查缺补漏，以课堂病例入手，以小见大，对相关神经系统疾病特点进行梳理，归纳总结，提升教学效果，最大限度地发挥PBL 教学的优势[13-14]。在本研究中，通过与传统多媒体教学方法的比较，我们发现PBL 联合三维重建技术教学可提高住培学员的理论考试及操作考核成绩，且住培学员的教学总体满意度、学习兴趣提高程度、颅脑疾病解剖的理解度均得到了显著的提升。由此可见，PBL 教学摆脱了传统刻板的讲授式教学关系，突出了带教老师的教学过程中的引导作用，并能充分调动住培学员的学习热情，效果良好。

颅脑解剖复杂抽象，学习周期较长。在传统教学模式下，带教老师主要通过局部解剖教材和解剖图谱进行复杂颅脑解剖知识的讲授，而住培学员在短时间内往往难以理解和掌握颅脑疾病的空间解剖关系，容易产生畏难情绪，显著影响了学习热情和教学效果[15-16]。然而，利用三维重建技术，带教老师在课前可将复杂的颅脑解剖转换为可视化的三维立体解剖模型，通过空间旋转、组织剪切和结构隐藏等方法，将颅脑、病变、血管及骨质等结构的空间解剖关系清晰地展示给住培学员，显著降低了复杂颅脑解剖的学习门槛。住培学员通过各种手术入路的模拟和演示，分析利弊，设计个体化的手术方案，进一步加深对颅脑解剖知识的理解，增强住培学员将颅脑解剖知识转换为实践手术应用能力的水平[17-18]。本研究中三维重建技术的应用，使得原本枯燥难懂的解剖知识转化成可视化的立体模型，明显激发了住培学员的学习兴趣,差异有统计学意义（P＜0.001）；三维解剖模型与解剖图谱的对照学习强化了住培学员对颅脑解剖知识的理解，显著提高了学习效率,差异有统计学意义（P＜0.001）；可视化三维解剖模型的自由旋转和随意剪切，使得住培学员可探索同一疾病的不同手术入路，并通过各种手术入路对病变及重要解剖结构的暴露范围、难易程度和路径长短等方面展开分析，深入理解颅脑解剖在手术方案制定中的意义。三维重建技术在神经外科教学中的应用，提升了住培学员对颅脑解剖理解与掌握，使得住培学员在临床技能操作中做到心中有数，进一步提高了住培学员的临床实践操作水平。

综上所述，PBL 联合三维重建技术在神经外科教学中的应用可显著增强住培学员的学习兴趣，加强住培学员对复杂颅脑解剖的理解，进而提升学习效率和教学效果。